제122회 건설안전기술사 1교시 기출문제&참고답안

 

제122회 건설안전기술사 1교시 참고답안

1. Man-Machine System의 기본기능

1. 정의

Man-Machine System(인간-기계 시스템)이란 인간(Man)과 기계(Machine)가 공동의 목표를 달성하기 위해 유기적으로 결합된 시스템을 말합니다. 이 시스템에서 인간과 기계는 각각의 장점을 활용하여 정보를 처리하고 작업을 수행하며, 시스템 전체의 효율성과 안전성을 극대화하는 것을 목표로 합니다.

2. 기본기능 (4가지)

Man-Machine System은 다음과 같은 4가지 기본기능을 통해 작동합니다.

1. 감지 기능 (Sensing): 인간의 오감(시각, 청각 등)이나 기계의 센서(온도, 압력 센서 등)를 통해 작업 환경이나 기계 상태에 대한 정보를 받아들이는 기능입니다.
2. 정보처리 및 의사결정 기능 (Information Processing and Decision Making): 감지된 정보를 인간의 뇌 또는 기계의 중앙처리장치(CPU)가 해석, 평가, 판단하여 어떻게 행동할지 결정하는 기능입니다. 이 기능은 시스템의 핵심 두뇌 역할을 합니다.
3. 행동 기능 (Action): 의사결정 결과에 따라 인간의 손, 발이나 기계의 구동장치(Actuator)가 물리적인 작업이나 제어를 수행하는 기능입니다.
4. 정보보관 기능 (Information Storage): 감지된 정보, 처리 과정, 행동 결과를 인간의 기억 또는 기계의 저장장치에 기록하고 보관하는 기능입니다. 이는 추후 학습 및 분석에 활용됩니다.

기능	인간(Man)의 역할	기계(Machine)의 역할
감지 기능	시각, 청각, 촉각, 후각, 미각	각종 센서, 계측기기
정보처리 및 의사결정	뇌 (학습, 추론, 판단)	CPU, 제어장치 (연산, 프로그램)
행동 기능	손, 발 등 신체 부위	모터, 실린더 등 구동장치
정보보관 기능	기억 (장기/단기)	메모리, 하드디스크

2. 안전설계 기법의 종류

1. 개요

안전설계 기법이란 기계나 설비의 설계 단계에서부터 잠재적인 위험 요소를 제거하거나 최소화하여 인간의 실수(Human Error)가 발생하더라도 사고로 이어지지 않도록 하는 설계 철학 및 방법입니다.

2. 주요 안전설계 기법

기법	설명	예시
Fail-Safe (페일 세이프)	부품의 고장이나 기능 불량이 발생했을 때, 항상 안전한(Safe) 방향으로 시스템이 작동하도록 설계하는 기법입니다.	- 프레스의 클러치 고장 시 슬라이드가 불시에 하강하지 않고 정지 - 열차 신호기 고장 시 정지 신호(적색) 표시
Fool-Proof (풀 프루프)	작업자가 실수를 하거나 규칙을 어겨도(Fool) 사고가 발생하지 않도록(Proof) 방지하는, 즉 인간의 실수를 예방하는 설계 기법입니다.	- 전자레인지 문이 열리면 작동이 멈춤 - USB 포트나 커넥터의 모양을 한 방향으로만 삽입 가능하게 설계
Lock-Out / Tag-Out	정비, 보수 작업 시 다른 작업자가 기계를 임의로 조작하지 못하도록 스위치나 밸브 등을 잠그고(Lock-Out) 표찰을 부착(Tag-Out)하는 기법입니다.	- 기계 수리 시 주 전원 스위치에 자물쇠를 채우고 "수리 중" 표찰 부착
Isolation (격리)	위험원과 작업자를 시간적 또는 공간적으로 분리하여 위험에 노출되지 않도록 하는 기법입니다.	- 방사선원의 차폐벽 설치 - 프레스 작업점 주위에 방호 울타리 설치
Redundancy (다중계/이중화)	중요한 부품이나 시스템에 고장이 발생하더라도, 예비 장치가 즉시 기능을 대체하여 전체 시스템이 중단되지 않도록 하는 설계 기법입니다.	- 항공기 엔진을 2개 이상 설치 - 비상 발전 시스템 구비

3. 휴식시간 산출식

1. 개요

작업자의 피로를 방지하고 생산성과 안전을 확보하기 위해, 작업의 강도(에너지 소비량)에 따라 적절한 휴식시간을 부여해야 합니다. 이때 사용되는 대표적인 산출식은 다음과 같습니다.

2. 휴식시간 산출 공식

휴식시간(R)은 작업에 필요한 에너지 소비량을 기준으로 산정할 수 있습니다.

R = (E - S) / (Ew - S) * T

• R: 총 작업시간 중 필요한 휴식시간 (분)
• E: 해당 작업의 평균 에너지 소비량 (kcal/min)
• S: 휴식 중 에너지 소비량 (일반적으로 1.5 kcal/min 적용)
• Ew: 작업의 권장 에너지 소비량 한계 (일반적으로 4 또는 5 kcal/min 적용)
• T: 총 작업시간 (분)

※ 또 다른 간단한 공식으로 1시간(60분)을 기준으로 하는 다음 식도 널리 사용됩니다.

R (분/시간) = 60 * (E - 4) / (E_max - 1.5)

• R: 시간당 필요한 휴식시간 (분)
• E: 작업 시 평균 에너지 소비율 (kcal/min)
• 4: 작업에 대한 적정 에너지 소비율 한계치 (kcal/min)
• E_max: 해당 작업의 최대 에너지 소비율 (kcal/min)
• 1.5: 휴식 시 에너지 소비율 (kcal/min)

3. 예시

만약 어떤 작업의 평균 에너지 소비량(E)이 6 kcal/min이라면, 시간당 필요한 휴식시간은 다음과 같이 계산할 수 있습니다. (Ew=5, S=1.5 가정 시)

R = (6 - 5) / (6 - 1.5) * 60 = (1 / 4.5) * 60 ≒ 13.3분

따라서 해당 작업자는 1시간 작업 시 약 13분의 휴식이 필요합니다.

4. 산업안전보건법령 상 특별안전보건교육 대상작업

1. 관련 법규

산업안전보건법 시행규칙 [별표 5] '특별안전보건교육 대상 작업별 교육내용'에 근거합니다. 사업주는 유해하거나 위험한 작업에 근로자를 종사시킬 경우, 해당 작업에 대한 특별안전보건교육을 실시해야 합니다.

2. 특별교육 대상작업의 종류 (주요 항목)

분류	대상 작업 (예시)	교육시간
고압 작업	고압실 내부에서의 작업	최초 16시간 이상 (일용근로자 2시간)
밀폐공간 작업	터널, 맨홀, 정화조, 탱크 내부 등 산소결핍 위험장소에서의 작업
굴착 작업	타워크레인을 사용하여 인양물이 근로자 머리 위로 통과하는 경우의 굴착작업
화학물질 관련	허가대상·관리대상 유해물질, 특정화학물질 취급 작업
타워크레인 관련	타워크레인 설치·해체 작업, 신호 작업
고소 작업	달비계 또는 높이 5미터 이상의 비계 조립·해체·변경 작업
콘크리트 관련	콘크리트 파쇄기를 사용한 파쇄 작업, 거푸집 동바리 조립·해체 작업
전기 작업	전압이 75볼트를 넘는 정전 및 활선 작업
기타 위험 작업	잠함·잠수 작업, 로봇작업, 가스집합용접장치 취급 작업 등

※ 상기 표는 전체 40개 대상 작업 중 건설 현장과 관련성이 높은 일부를 요약한 것입니다.

5. 건설공사 단계별 작성해야 하는 안전보건대장의 종류

1. 관련 법규

산업안전보건법 제67조(건설공사발주자의 산업재해 예방 조치) 및 동법 시행규칙 제86조에 따라 건설공사 발주자는 건설공사의 계획, 설계, 시공 등 각 단계별로 안전보건대장을 작성, 확인, 이행관리 해야 합니다.

2. 안전보건대장의 종류 및 내용

종류	작성 주체	작성/확인 시기	주요 내용
기본안전보건대장	발주자	계획 단계 (설계 계약 전)	- 공사 규모, 예산, 공사기간 등 공사 개요 - 공사 시 유해·위험요인 및 감소 대책 수립 방향 - 설계 및 공사 안전보건대장 작성 계획
설계안전보건대장	설계자	설계 단계 (설계 완료 후)	- 안전한 작업을 위한 적정 공사기간 및 공사비 산출 - 시공 단계에서 고려해야 할 유해·위험요인 및 저감대책 - 유해위험방지계획서 작성 계획
공사안전보건대장	수급인(시공사)	시공 단계 (착공 후)	- 설계안전보건대장의 위험성평가 결과 반영 - 유해위험방지계획서 및 안전보건관리계획서 - 공사 진행에 따른 추가 위험성평가 결과 및 조치사항

발주자는 각 단계별로 해당 대장이 충실히 작성되었는지 확인하고, 수급인이 공사안전보건대장에 따라 안전조치를 이행하는지 점검할 의무가 있습니다.

6. 아칭(Arching) 현상

1. 정의

아칭(Arching) 현상이란 흙과 같은 입자상 물질에서 하중이 가해질 때, 주변의 고정된 구조물이나 상대적으로 강성이 큰 지반으로 하중이 아치(Arch) 형태로 전달되어 하부의 압력이 감소하는 현상을 말합니다. 흙의 전단 저항에 의해 발생하며, 터널, 옹벽, 사일로 등 다양한 지반 구조물에서 나타납니다.

2. 발생 메커니즘

연약한 부분의 흙이 변형(침하)하려고 할 때, 주변의 움직이지 않는 흙과의 경계면에서 전단 저항이 발생합니다. 이 저항력이 하중의 일부를 주변부로 전달시키면서 마치 아치 구조처럼 힘이 분산되는 원리입니다.

3. 건설 현장에서의 영향

구분	긍정적 영향	부정적 영향
터널 공사	터널 상부의 토압을 감소시켜 지보공(라이닝)에 작용하는 하중을 줄여줍니다. (이완하중)	예측하지 못한 아칭 붕괴 시 막대한 토압이 급작스럽게 작용하여 붕괴 사고를 유발할 수 있습니다.
흙막이 공사	흙막이벽 배면에 작용하는 토압을 줄여 구조적 안정에 기여할 수 있습니다.	인접 지반의 과도한 침하를 유발하거나, 히빙/보일링 현상의 원인이 될 수 있습니다.
사일로(Silo)	저장된 곡물 등의 하중을 벽체로 전달시켜 바닥에 걸리는 압력을 줄여줍니다.	아칭으로 인해 내용물이 막히는 현상(Clogging)이 발생할 수 있습니다.

7. SMR (Slope Mass Rating) 분류

1. 정의

SMR(암반사면 평점법)은 Bieniawski가 제안한 RMR(Rock Mass Rating)을 기반으로, 암반 사면의 안정성을 평가하기 위해 개발된 암반 분류 방법입니다. RMR 값에 사면의 방향성과 굴착 방법 등을 고려한 보정계수를 적용하여 사면의 안정성을 정량적으로 평가합니다.

2. 산정 공식

SMR = RMR_basic + (F1 × F2 × F3) + F4

• RMR_basic: 불연속면의 간격, 상태, 지하수 등을 고려한 기본 RMR 값
• F1, F2, F3: 사면의 주향 및 경사와 암반 내 불연속면(절리)의 주향 및 경사 간의 기하학적 관계에 대한 보정계수
• F4: 사면의 굴착 방법에 대한 보정계수 (예: 발파, 기계굴착 등)

3. SMR 값에 따른 사면 안정성 분류

SMR 값	분류 등급	사면 안정성	파괴 형태	보강 대책 (예시)
81 ~ 100	I (Class I)	완전 안정 (Completely Stable)	-	보강 불필요
61 ~ 80	II (Class II)	안정 (Stable)	일부 쐐기 파괴	국부적 숏크리트, 록볼트
41 ~ 60	III (Class III)	보통 (Partially Stable)	평면 파괴 및 대규모 쐐기 파괴	전면 숏크리트, 체계적 록볼트
21 ~ 40	IV (Class IV)	불안정 (Unstable)	대규모 평면 또는 쐐기 파괴	옹벽, 앵커, 격자블록 등 적극적 보강
0 ~ 20	V (Class V)	완전 불안정 (Completely Unstable)	대규모 붕괴	사면 재설계 또는 대규모 보강/억지 공법 필요

8. 와이어로프 사용 가능 여부 및 폐기기준

1. 관련 법규

산업안전보건기준에 관한 규칙 제64조(와이어로프 등 달기구의 안전계수) 및 제208조(와이어로프의 절단 및 가공) 등에서 와이어로프의 사용 및 폐기 기준을 규정하고 있습니다. 또한 KOSHA Guide에서도 상세 기준을 제공합니다.

2. 와이어로프 폐기 기준

다음 중 어느 하나에 해당하는 경우 즉시 폐기해야 합니다.

1. 이음매가 있는 것
2. 와이어로프의 한 꼬임(1 lay)에서 끊어진 소선의 수가 10% 이상인 것
3. 지름의 감소가 공칭지름의 7%를 초과하는 것
4. 심하게 변형(킹크, 꼬임 등)되거나 부식된 것
5. 열이나 전기충격에 의해 손상된 것

3. 문제의 와이어로프 사용 가능 여부 판단

주어진 조건은 다음과 같습니다.

• 공칭지름: 30 mm
• 현재지름: 28.9 mm

(1) 지름 감소량 계산
30 mm - 28.9 mm = 1.1 mm

(2) 지름 감소율 계산
(감소량 / 공칭지름) × 100 = (1.1 mm / 30 mm) × 100 = 3.67%

(3) 결론
계산된 지름 감소율은 3.67%로, 폐기 기준인 7%를 초과하지 않습니다. 따라서 지름 감소 기준만으로는 사용이 가능합니다.
단, 최종 사용 가능 여부는 지름 감소 외에 소선 단선, 부식, 변형 등 다른 모든 폐기 기준을 종합적으로 점검한 후 판단해야 합니다.

9. 콘크리트 구조물에서 발생하는 화학적 침식

1. 개요

콘크리트의 화학적 침식이란, 외부의 화학 물질이 콘크리트 내부로 침투하여 시멘트 수화물과 반응함으로써 콘크리트의 성능을 저하시키는 현상을 말합니다. 이로 인해 강도 저하, 균열, 박리 등의 열화가 발생합니다.

2. 주요 화학적 침식의 종류

종류	원인 물질	반응 메커니즘 및 현상	주요 발생 환경
황산염 침해 (Sulfate Attack)	황산염 (SO₄²⁻)	황산염 이온이 시멘트 수화물과 반응하여 팽창성 물질(에트링자이트, 석고)을 생성합니다. 이 팽창압으로 인해 콘크리트 내부에 균열, 박리, 붕괴가 발생합니다.	하수처리시설, 온천지대, 해양 환경, 황산염이 포함된 토양
알칼리-골재 반응 (Alkali-Aggregate Reaction)	시멘트의 알칼리 성분 + 반응성 골재(실리카 등)	시멘트 페이스트의 높은 알칼리 성분(Na₂O, K₂O)이 골재의 특정 성분과 반응하여 팽창성 알칼리-실리카 겔(gel)을 생성합니다. 이 겔이 수분을 흡수하며 팽창하여 균열을 유발합니다.	안산암, 유문암 등 반응성 골재를 사용하고 습도가 높은 환경
산(Acid)에 의한 침식	황산, 염산 등 각종 산성 물질	산이 콘크리트의 알칼리성 수산화칼슘(Ca(OH)₂)을 중화시키고 시멘트 경화체를 용해시켜 표면부터 점차 부식 및 마모시킵니다.	화학공장, 산성비 노출 환경, 하수관로(황세균에 의한 황산 생성)
해수(염해)에 의한 침식	해수의 염화물(Cl⁻), 황산염 등	염화물 이온이 철근의 부동태 피막을 파괴하여 철근 부식을 촉진시키고, 황산염 침해 등 복합적인 열화를 일으킵니다.	해양 및 항만 구조물, 제설제 사용 도로 구조물

10. 연약지반 사질토 개량공법의 종류

1. 개요

연약한 사질토 지반은 지지력이 부족하고 지진 발생 시 액상화의 위험이 있습니다. 따라서 구조물의 안정성을 확보하기 위해 다양한 개량공법을 적용하여 지반의 밀도를 높이고 강도를 증가시킵니다.

2. 주요 개량공법의 종류

개량 원리	공법명	특징 및 적용성
다짐 (Compaction)	진동다짐공법 (Vibroflotation)	긴 봉 형태의 진동기(Vibrator)를 지중에 삽입하여 수평 진동을 가함으로써 주변의 모래를 다지는 공법. 비교적 느슨한 사질토에 효과적입니다.
	모래다짐말뚝공법 (Sand Compaction Pile)	케이싱을 지중에 관입한 후 내부에 모래를 채워 넣고 다지면서 케이싱을 인발하여 다져진 모래 기둥을 형성하는 공법. 지지력 증대 및 액상화 방지에 효과적입니다.
	동다짐공법 (Dynamic Compaction)	무거운 추(Pounder)를 크레인으로 높이 들어 올려 자유낙하 시킴으로써 발생하는 충격 에너지로 지반을 다지는 공법. 넓은 면적의 지반 개량에 경제적입니다.
고결 (Grouting)	약액주입공법 (Chemical Grouting)	물유리(규산소다)계 등의 약액을 지중에 주입하여 흙 입자 사이를 채우고 고결시켜 지반의 강도를 높이고 차수성을 향상시키는 공법. (예: L.W, S.G.R 공법)
	시멘트주입공법 (Cement Grouting)	시멘트 페이스트나 모르타르를 지중에 주입하여 고결시키는 공법. 주로 공동(空洞) 채움이나 균열 보강에 사용됩니다.
탈수 (Dewatering)	웰포인트 공법 (Well Point)	소구경의 필터가 달린 파이프(Well Point)를 다수 설치하고 펌프로 지하수를 강제 배수시켜 지하수위를 저하시키는 공법. 굴착 작업의 안정성을 확보합니다.

11. 펌퍼빌리티(Pumpability)

1. 정의

펌퍼빌리티(Pumpability, 압송성)란 굳지 않은 콘크리트가 펌프와 배관을 통해 재료분리나 막힘(폐색) 없이 원활하게 이송될 수 있는 정도를 나타내는 성질을 말합니다. 콘크리트 펌프 타설 공법의 성공 여부를 결정하는 중요한 품질 지표입니다.

2. 펌퍼빌리티에 영향을 미치는 요인

구분	주요 요인	펌퍼빌리티에 미치는 영향
콘크리트 배합 요인	슬럼프(Slump)	슬럼프가 너무 작으면(된비빔) 마찰 저항이 커지고, 너무 크면(묽은비빔) 재료분리가 발생하여 폐색의 원인이 됩니다. 일반적으로 12~18cm가 적정합니다.
	단위수량 및 시멘트량	적절한 유동성과 점성을 확보하기 위해 필요하며, 부족하면 마찰이 커지고 과다하면 재료분리 위험이 있습니다.
	골재의 입도 및 입형	입도가 연속적이고 둥근 모양의 골재(강자갈 등)가 마찰을 줄여 펌퍼빌리티에 유리합니다. 굵은골재 최대치수(Gmax)는 배관 직경의 1/3 이하가 되어야 합니다.
	잔골재율(S/a)	잔골재율이 적절해야 골재 사이의 공극을 채워 마찰을 줄이고 재료분리를 방지합니다. 일반적으로 40~48% 범위에서 결정됩니다.
	혼화재료	플라이애시, 고로슬래그 미분말 등은 볼베어링 효과로 유동성을 개선시키며, 고성능감수제 등은 펌퍼빌리티를 크게 향상시킵니다.
압송 설비 요인	배관	배관의 직경이 클수록, 길이가 짧을수록, 굴곡부가 적을수록 펌퍼빌리티에 유리합니다.
	펌프 성능	펌프의 압송 능력(압력, 토출량)이 충분해야 합니다.

12. 흙의 다짐에 영향을 주는 요인

1. 개요

흙의 다짐(Compaction)이란 함수비를 크게 변화시키지 않으면서 기계적인 에너지(전압, 충격 등)를 가하여 흙 속의 공기를 배출시켜 흙 입자 간의 결합을 치밀하게 함으로써 단위중량을 증가시키는 과정입니다. 다짐 효과는 여러 요인에 의해 복합적으로 영향을 받습니다.

2. 주요 영향 요인

1. 함수비 (Water Content):
   • 흙의 다짐에 가장 큰 영향을 미치는 요인입니다.
   • 함수비가 증가하면 물의 수막작용(윤활작용)으로 흙 입자들이 더 쉽게 이동하여 다짐 효과가 커집니다.
   • 그러나 일정 함수비를 넘어서면(최적함수비, OMC), 과잉된 물이 흙 입자 사이의 간극을 차지하여 더 이상 공기가 빠져나가지 못하게 되므로 건조단위중량이 다시 감소합니다.
   • 이때 최대의 건조단위중량(γ_dmax)을 얻는 함수비를 최적함수비(OMC, Optimum Moisture Content)라고 합니다.
2. 다짐 에너지 (Compaction Energy):
   • 다짐 장비의 무게, 다짐 횟수, 낙하 높이 등으로 결정됩니다.
   • 동일한 흙에 대해 다짐 에너지를 증가시키면, 최적함수비(OMC)는 감소하고 최대건조단위중량(γ_dmax)은 증가합니다. 즉, 더 낮은 함수비에서 더 조밀하게 다져집니다.
3. 흙의 종류 (Soil Type):
   • 입도분포: 큰 입자와 작은 입자가 고르게 섞인 입도분포가 좋은 흙(양입도, Well-graded)이 공극을 효과적으로 채워 다짐 효과가 큽니다.
   • 입자형상: 모난 흙 입자보다 둥근 흙 입자가 다지기 쉽습니다.
   • 토성: 일반적으로 사질토가 점성토보다 높은 최대건조단위중량을 나타냅니다.
4. 다짐 방법 및 다짐층의 두께:
   • 흙의 종류에 따라 적합한 다짐 장비(탬핑롤러, 타이어롤러, 진동롤러 등)를 선정해야 합니다.
   • 한 번에 다지는 층의 두께(1 lift)가 너무 두꺼우면 하부까지 다짐 에너지가 전달되지 않아 다짐 효과가 떨어집니다.

13. 건축공사 시 동바리 설치높이가 3.5미터 이상일 경우 수평연결재 설치 이유

1. 관련 법규

산업안전보건기준에 관한 규칙 제332조(거푸집 동바리등의 안전조치) 제2항 제4호에 따르면, "강재와 강재의 접속부 및 교차부는 볼트·클램프 등 전용철물을 사용하여 단단히 연결할 것"을 규정하고 있으며, 특히 파이프 서포트의 경우 높이가 3.5m를 초과하면 높이 2m 이내마다 수평연결재를 2개 방향으로 만들고 수평연결재의 변위를 방지하도록 명시하고 있습니다.

2. 수평연결재 설치의 핵심 이유: 좌굴(Buckling) 방지

동바리(서포트)는 콘크리트 타설 하중을 지지하는 수직 압축부재입니다. 가늘고 긴 기둥 형태의 부재는 압축력을 받을 때 재료의 압축강도에 도달하기 전에 길이 방향의 직각으로 휘어지면서 파괴되는 좌굴 현상이 발생하기 쉽습니다.

1. 세장비와 좌굴의 관계: 부재의 좌굴 저항 능력은 세장비(Slenderness Ratio, 단면 2차 반경에 대한 유효 좌굴 길이의 비)에 의해 결정됩니다. 세장비가 클수록(즉, 부재가 길고 가늘수록) 작은 힘에도 쉽게 좌굴이 발생합니다.
2. 수평연결재의 역할: 동바리의 중간 부분에 수평연결재를 설치하면, 동바리가 단독으로 휘어지려는 변위를 구속하는 '중간 지점' 역할을 합니다.
3. 좌굴 길이 감소: 수평연결재는 동바리의 전체 길이는 변화시키지 않지만, 휘어짐이 발생하는 구간의 길이, 즉 유효 좌굴 길이(Effective buckling length)를 획기적으로 줄여줍니다.
4. 내하력 증대: 유효 좌굴 길이가 짧아지면 세장비가 감소하고, 이는 곧 부재의 좌굴 내력(견딜 수 있는 압축력)을 크게 증가시킵니다.

3. 결론

따라서 동바리 높이가 3.5m 이상일 때 2m 이내마다 수평연결재를 설치하는 이유는, 개별 동바리의 유효 좌굴 길이를 줄여 세장비를 감소시킴으로써, 압축 부재로서의 내하력을 확보하고 좌굴에 의한 갑작스러운 붕괴 사고를 예방하기 위함입니다.

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